专利名称：两亲性机制砂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及改性机制砂及其制备方法，确切地说是两亲性机制砂及其制备方法。
背景技术：
机制砂是由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4. 75mm的岩石颗粒，以其来源广泛、 生产成本低等优点，目前在很多地区取代天然砂得到较为广泛的应用，解决天然砂资源不可再生和长距离运输的缺点。目前，有机-无机复合材料的研究取得了很大的进展，并广泛的应用于光学、电学、磁学、生物学等领域，很多无机物材料如Si02、TiO2、碳纳米管、硅片等均可以用于制备有机-无机复合材料。然而，在有机-无机复合材料中，无机物质的性能和来源直接影响复合材料的使用。机制砂颗粒粗糙，石粉含量高，这势必减弱混凝土的流动性，增加需水量，在相同的条件下，配制相同坍落度的混凝土，机制砂比天然砂需水量增加(5-10)kg/m3，导致新拌混泥土粘聚性，保水性差，易离析，泌水。而在工程上解决这样的问题，在混凝土里面添加高效减水剂，添加高效减水剂增加了成本，如果在机制砂表面接枝上一些活性基团，机制砂本身就变成减水剂，同时提高混凝土的质量，又降低了成本。目前，国内暂时没有相关合成工艺方面的研究成果。
发明内容
本发明旨在提供一种两亲性机制砂及其制备方法，以提高机制砂的流动性，减少混凝土的用水量。所要解决的技术问题是在机制砂的表面接枝上两亲性基团。本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明两亲性机制砂的特点在于所述两亲性机制砂是首先对机制砂的表面进行羟基化处理得到羟基化机制砂，随后通过偶联剂改性羟基化机制砂得到偶联剂改性机制砂，再通过接枝聚合反应使偶联剂改性机制砂与甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝聚合得到聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝机制砂，最后经季铵化反应得到两亲性机制砂。本发明两亲性机制砂的制备方法的特点在于按以下步骤操作a、羟基化机制砂的制备在冰水浴条件下将质量浓度30 %的双氧水溶液加入到质量浓度98 %的浓硫酸中得混合液，待混合液冷却至室温后将机制砂加入到混合液中于50°C加热5分钟，然后过滤洗涤，在50°C氮气保护下干燥得羟基化机制砂；所述浓硫酸和双氧水溶液的体积比为6 4-7 3；b、偶联剂改性机制砂的制备将步骤a所得羟基化机制砂l_3g、偶联剂l_3g和阻聚剂对苯二酚0. 5-1. 5g加入烧瓶中，以50mL甲苯为溶剂在50-80°C搅拌反应5-10小时，反应完成后经离心、去离子水超声洗涤并室温真空干燥后得到偶联剂改性机制砂；C、聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝机制砂的制备
向50mL甲苯中加入0. 03-0. 09g引发剂过氧化苯甲酰和l_3g偶联剂改性机制砂，搅拌分散均勻并通入氮气，滴加10_30mL甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，控制反应温度 80-ll(TC搅拌反应12小时，将反应所得产物离心分离、洗涤并真空干燥得到聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝机制砂；d、两亲性机制砂的制备向50mL四氢呋喃中加入1_溴己烷1. 5-4. 5mL和聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝机制砂0. 5-1. 5g，于20-50°C下反应12-18小时，反应结束后分离、洗涤并在真空条件下室温干燥24小时，得到两亲性机制砂。本发明两亲性机制砂的制备方法的特点也在于所述偶联剂为硅烷偶联剂。本发明两亲性机制砂的制备方法的特点也在于所述偶联剂为3_(甲基丙烯酰
氧)丙基三甲氧基硅烷。本发明中的两亲性机制砂，具有较好的亲水和亲油性，能够较好的相容于水性材料和油性材料，反应产物容易分离，应用范围广泛。本发明方法中通过Piranha溶液和机制砂的反应制备羟基化机制砂。Piranha溶液是质量浓度98 %的浓硫酸和质量浓度30 %的双氧水的混合溶液，一般浓硫酸和双氧水溶液的体积比为6 4-7 3。当H2SO4与H2O2混合，生成过氧单硫酸，可以同H2O2反应得到OH ·和HSO4 ·反应基。这些基团可以使SiO2的Si-O-Si键断裂，然后生成Si-0-Η，通过这个反应完成机制砂表面的羟基化。以偶联剂KH570为例，本发明偶联剂改性机制砂以及聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯
接枝机制砂的合成路线如下
权利要求
1.两亲性机制砂，其特征在于所述两亲性机制砂是首先对机制砂的表面进行羟基化处理得到羟基化机制砂，随后通过偶联剂改性羟基化机制砂得到偶联剂改性机制砂，再通过接枝聚合反应使偶联剂改性机制砂与甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝聚合得到聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝机制砂，最后经季铵化反应得到两亲性机制砂。
2.一种如权利要求1所述的两亲性机制砂的制备方法，其特征在于按以下步骤操作a、羟基化机制砂的制备在冰水浴条件下将质量浓度30%的双氧水溶液加入到质量浓度98%的浓硫酸中得混合液，待混合液冷却至室温后将机制砂加入到混合液中于50°C加热5分钟，然后过滤洗涤， 在50°C氮气保护下干燥得羟基化机制砂；所述浓硫酸和双氧水溶液的体积比为6 4-7 3 ；b、偶联剂改性机制砂的制备将步骤a所得羟基化机制砂l_3g、偶联剂l-3g和阻聚剂对苯二酚0. 5-1. 5g加入烧瓶中，以50mL甲苯为溶剂在50-80°C搅拌反应5-10小时，反应完成后经离心、去离子水超声洗涤并室温真空干燥后得到偶联剂改性机制砂；c、聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝机制砂的制备向50mL甲苯中加入0. 03-0. 09g引发剂过氧化苯甲酰和l_3g偶联剂改性机制砂，搅拌分散均勻并通入氮气，滴加10-30mL甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，控制反应温度80-110°C搅拌反应12小时，将反应所得产物离心分离、洗涤并真空干燥得到聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝机制砂；d、两亲性机制砂的制备向50mL四氢呋喃中加入1-溴己烷1. 5-4. 5mL和聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝机制砂0. 5-1. 5g，于20-50°C下反应12-18小时，反应结束后分离、洗涤并在真空条件下室温干燥24小时，得到两亲性机制砂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述偶联剂为硅烷偶联剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
全文摘要
本发明公开了一种两亲性机制砂及其制备方法，两亲性机制砂是首先对机制砂的表面进行羟基化处理得到羟基化机制砂，随后通过偶联剂改性羟基化机制砂得到偶联剂改性机制砂，再通过接枝聚合反应使偶联剂改性机制砂与甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝聚合得到聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯接枝机制砂，最后经季铵化反应得到两亲性机制砂。本发明两亲性机制砂在机制砂表面接枝上两亲性活性剂，提高机制砂流动性，减少了混凝土的用水量；本发明制备方法反应温度低，条件温和，后处理简单，工业化成本小。
文档编号C04B14/06GK102351450SQ20111018497
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者唐家元, 王文平, 贾忠琦 申请人:中铁十局集团第三建设有限公司, 合肥工业大学, 安徽省天齐化工科技有限公司